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交通安全管理用雷达将迎接更新换代: 热度 6 zoumouyan 2014-4-5 21:23; 交通安全管理用雷达将迎接更新换代邹谋炎测速雷达已大量应用于公路卡口监测系统和车载电子警察。在这些系统中，雷达具有测速和为高清相机提供触发定位的功能。然而，现有测速雷达在体制上过于简单：使用单频连续波。并因此，在应用中难以避免若干缺点：（ 1 ）对大车和小车触发定位的一致性不够好。这是因为普通测速雷达靠信号强度触发，大车的反射信号强度比小车强得多。（ 2 ）对去向车需要对车尾定位拍照，现有测速雷达普遍难以对车尾达到应用要求的定位一致性。而当拍照需要补光时，拍车头可能引发交通事故。（ 3 ）车辆行驶中，雷达信号强度起伏很大。在城市区车辆密集情况下，雷达难以从信号变化来鉴别一个车到另一个车的过渡。（ 4 ）为了对车辆逆行进行管理，需要雷达能够检测车辆行驶方向。现有两类测速雷达有此能力。一类是基于 GUNN 振荡器的测速雷达。在振荡器波导出口适当位置安装两个混频器，可以得到相位相差 90 度的两路多普勒信号，两路相位的导前或落后对应于车辆行驶是来向或是去向。这类雷达可使用单天线达到窄波束。但 GUNN 振荡器不是一种可靠的振荡器，容易产生多频、跳模现象。另一类雷达使用集成电路振荡器，可靠性好。但为了获得两路正交多普勒信号，必须使用收发分离的两个天线。当限定天线总面积时，意味着天线方向性的一个面变宽。为了达到更好的公路安全管理能力，近几年国外厂商推出了一些新的雷达，在行业里俗称“ 2D 雷达”（含测速、测距、双向能力）和“ 3D 雷达”（在 2D 基础上加方位角测量）以及在视场内对多个目标车辆跟踪定位的能力。其中某些雷达确实达到了不错的演示效果。然而，这些雷达很难在中国（和国际）市场上推开，原因很简单：太贵。国内几个测速雷达制造商在试图发展新雷达，但其技术障碍仍然有待突破。笔者设计制造的普通测速雷达在国内市场取得成功，不仅需要在性能上与国外同类产品有竞争力，更重要的优势还在于价格。现在，这种雷达的价格已经成为市场参照。无论新雷达如何高级，还得经受性能 / 价格的综合抉择。我们在发展新雷达的时候，技术障碍应该可能克服 --- 已经商业化的技术不会有太难掌握的原理；更大的挑战在于将技术做到精致：实现原理，价格最低。这对技术专家也应是不小的挑战，可能蕴含着新的研究问题。我们经过半年的努力，一种自主发展的 2D 雷达已经研制成功，将推向市场。新雷达采用频移键控（ FSK ）调制，可以有效地克服前面列出的、普通测速雷达会有的全部困难。最重要的是，这种频移键控雷达的价格可以与普通测速雷达基本相当，因此它可以作为一款理想的换代产品。这是国内行业内首款 2D 雷达，一个新的“中国创造”。其中包含着某些创新点，已申请发明专利。新雷达具有测距能力，利用距离信息定位而非信号强度定位，能够全面提升雷达性能，满足公路交通管理的更高要求。国外的汽车防撞雷达有的正是采用 FSK 体制。 FSK 雷达的成功无疑使我们朝着汽车防撞和自适应巡航控制应用前进了一步。（本文作者是中科院电子所研究员、中科院大学教授，已退休。现为北京华同微波科技有限公司主管。 Email ： zoumouyan@mail.ie.ac.cn ）; 个人分类: 研发动态|6297 次阅读|13 个评论

中国创造产品离我们不遥远: 热度 9 zoumouyan 2012-10-6 23:09; 中国创造产品离我们不遥远邹谋炎几位年轻朋友希望我谈谈自己的创业经历。这篇博文只谈技术相关的经历，供年轻朋友参考。 2012 年 9 月 26—28 日在北京举行了第七届智能交通年会和展览会。有国内多家研发生产公路安全管理用测速雷达的厂商参展。在多家国内厂商中我们发现，只有一家的产品能够称为“中国创造”，就是北京川速微波科技有限公司的测速雷达。测速雷达使用 24GHz 工作频率，其核心技术是微带阵列天线和微波收发组件，它们合起来称为雷达前端。大致地说，雷达前端加上数字信号处理器，即构成测速雷达。川速公司生产的测速雷达，前端和信号处理器是完全自主研发产品。而其它厂商，包括有中科院大额投入的公司，使用的雷达前端都是国外进口。川速公司的雷达前端全部是我的设计作品。测速雷达的实际应用环境是多样的，对雷达的要求也各不相同。例如天线波束宽度和对车辆行驶方向的判别，会影响雷达的设计和最终尺寸。其他公司因为前端靠进口，可选性不多，雷达品种很少。因为设计上的自由，川速公司推出了 6 种不同指标的雷达进入市场。根据市场需要， 2012 年 3 至 9 月间，我又全部重新设计了各种指标的雷达，并使品种增加到 10 种，全部通过了产品质量检验。微带阵列天线是第一项核心技术。 2003 年，与一个地方企业合作发展中需要微带阵列天线。查了许多资料，没有系统的设计方法。我不得不从理论基础出发，利用各种资料进行综合推演，整理出完整的设计方法。这个过程中，过去积累的理论知识、对微带电路和各种天线的感性知识、对微波和印制板加工工艺的了解起了很大的帮助作用。大致一个月的努力，完成理论推演、编程和版图设计。第一次制作的测试结果就基本达到了要求。后来大致经历了两、三次改进和制作试验循环，设计方法就基本定型。并达到了设计、特性仿真、自动绘制版图全部集成到一个设计循环中，而完成一个设计循环需要的时间通常不超过半小时。更感欣慰的事，在国内加工条件下 24GHz 微带阵列天线的测试结果和仿真的特性符合得非常好，表明设计理论和仿真方法是合理的。这些结果为后来的产品化奠定了基础。不过，产品化过程并非一帆风顺。为了限制产品成本，微带天线的介质板必须用国产，加工制作必须用国内民品工艺。在天线制作早期，性能一致性差，时好时坏，这不可能适应成量生产的要求。为此，我们对国内印制板厂商进行了大量考察和试验，深入分析了工艺对性能的影响。由此来选定最终的制版厂，并进行技术交流，提出了明确的工艺要求，使厂家对如何进行工艺控制有依据可循。这个努力的成效是显著的。我们证明了用国产材料和国内民品制版工艺，制作多品种天线的成品率都可以超过 97% 。自然地，同时进一步验证了我本人综合出的设计理论和仿真方法的有效性和准确性。因此，如果用户提出的要求基本合理， 24GHz 微带阵列天线通常只需一次设计制作循环。除了达到以上描述的目标外，关于微带阵列天线还有什么新东西吗？这里有两点可以与同行分享。第一点是微带天线馈线不连续性最小化技术。微带阵列天线的各个辐射元靠馈线供电，馈线起着功率分配和阻抗匹配的多重作用。并因此，计算出的馈线宽度呈阶梯状变化，称为馈线的不连续性。不连续性会引起寄生辐射，增高天线旁瓣，降低天线增益。在设计中使用不连续性最小化可以减小寄生辐射，是保证仿真预示结果和最终测试结果一致的关键。同时，对寄生辐射的定量估计，是规定天线旁瓣设计余量的重要依据。只有这样，设计出的天线才是实际意义上最优的。第二点是考虑辐射元方向性的阵列优化设计。熟悉数字滤波器和阵列天线的研究者知道且比雪夫窗函数是阵列功率分配的一种最优函数：当给定辐射元数目和旁瓣电平条件下，使用且比雪夫窗函数可以得到最窄的波束宽度。不过这个结论的正确性依赖于一个事实：辐射元是各向同性的。当辐射元不是各向同性时，且比雪夫窗函数的非最优性容易检验：只要适当修改窗函数的系数，使得辐射元加阵列的合成方向性的旁瓣趋向于等旁瓣，会发现天线波束主办宽度可以更窄。问题是如何实现合成优化或如何修改且比雪夫窗函数的系数？以上两点都在设计程序中得到实现和证实。不过这些是关乎产品的核心技术，目前不宜公开。虽然如此，如有必要，本人的设计技术可以接受任何权威机构的现场考核检验。微波收发系统与天线相比要容易些。然而，民品雷达要求的低价和可靠绝非易事。在产品设计中必须重新检查、推演微波电路计算的每个需要环节。可以检查，我设计的微波收发电路中有若干环节与教科书或资料中的经典环节有别，但效果良好。测速雷达提供的数据是公路管理执法的重要参考，测试数据必须满足准确度要求。而这又是一种民用工业产品，必须使用工业级有误差的元器件，包括工业级的微波振荡器芯片。雷达实际环境温度为 - 40 0 C ~ + 70 0 C 。有 3 个问题必须解决：（ 1 ）必须保证雷达中微波振荡器在宽温度范围内能启动和正常工作，保证频率偏移量限制在法定范围内；（ 2 ）必须保证在大量生产条件下达到高成品率。（ 3 ）必须使生产过程中的调试过程简单、快速。不满足以上 3 条的任何一条，都可能大幅度提高生产成本，甚至使产品化变得不现实。解决这些问题方法称为电路参数最优化中心设计技术，我在另一篇博文“理论非无用，唯需精和深”中作了简单介绍。（引用地址： http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=243368 ）在产品设计中使用这种技术需要付出劳动，但很值得。事实上，它保证了川速公司出品的雷达具有良好的可靠性和低成本。正是因为这些技术的使用，“川速微波”已经成为国内这一领域的知名品牌，以品质优、价格低、服务好，销售量占到国内该产品市场的 35% 以上。我认为，国内需要从大学教育开始，改造电子和电气设计教材，增加这方面的内容以及更多的实际技术和理论基础，才可能在电子和电气设计方面有更快的进步。做这些事累吗？值得吗？我想，一个科技人员如果能做一件自己过去没有做又想做的事，是不是很有乐趣？一件有乐趣的事，会觉得累吗？如果你的工作是在与国外产品竞争，是不是很有乐趣？一个老头快 72 岁又有什么关系？研究生们知道我从事多年的信号处理和图像处理研究，不知道我在微波技术方面的积累。这方面的积累确实不厚。但只要在大学期间认真读过，数学基础强，捡起来并不困难。关键是把书本上的数学变成自己能应用的数学，时隔几十年也不大会忘得了。最不认可的是说中国的科技人员做不出中国创造产品。我只想试一试。发现只要认真去做，是可能做出来的。我们现在做得太少，只要大家一起来做，就会多起来。我的体会就是，不要说科技人员只能做研究，中国创造并不遥远。; 5384 次阅读|18 个评论

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